陳漢濤

永磁傳動(dòng)以現(xiàn)代磁學(xué)為基礎(chǔ)理論，結(jié)合永磁材料的磁力作用，實(shí)現(xiàn)的力或轉(zhuǎn)矩非接觸式傳遞技術(shù)。這種技術(shù)早在20世紀(jì)30年代被提出，并經(jīng)由幾十年發(fā)展，直到20世紀(jì)70年代，工業(yè)資源型到技術(shù)型轉(zhuǎn)變的發(fā)展，同時(shí)人類(lèi)環(huán)保意識(shí)逐漸提高，人們重拾永磁學(xué)的理論研究。特別是NdFeB稀土這種永磁材料的出現(xiàn)，永磁材料性能應(yīng)用上取得了顯著的提高，使得永磁理論研究得以發(fā)展。永磁磁力傳動(dòng)理論的這次突飛式發(fā)展，使得永磁傳動(dòng)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域中得以應(yīng)用，并逐漸以該技術(shù)為基礎(chǔ)誕生了很多先進(jìn)的磁力科學(xué)新技術(shù)。

一、永磁傳動(dòng)技術(shù)原理、分類(lèi)及優(yōu)缺點(diǎn)

1.原理及分類(lèi)。永磁傳動(dòng)技術(shù)是利用磁性材料間異性相吸、同性相斥的原理，通過(guò)磁耦合將磁能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的過(guò)程。目前的永磁磁力傳動(dòng)分為轉(zhuǎn)子式永磁傳動(dòng)、永磁離合式傳動(dòng)、渦流式永磁驅(qū)動(dòng)和永磁懸浮式裝置等四種傳動(dòng)模式。1）轉(zhuǎn)子式，特點(diǎn)：通常由主、被動(dòng)磁組件外加隔離套三部分共同組成，三組件構(gòu)成同心圓環(huán)體。開(kāi)發(fā)產(chǎn)品：磁力傳動(dòng)閥門(mén)、磁力傳動(dòng)泵、磁力調(diào)速器等，部分入市場(chǎng)應(yīng)用，部分尚在研發(fā)。2）渦流式，特點(diǎn)：由永磁轉(zhuǎn)子、銅轉(zhuǎn)子和控制器組成，永磁轉(zhuǎn)子與銅轉(zhuǎn)子構(gòu)成圓盤(pán)模式。開(kāi)發(fā)產(chǎn)品：有限矩型磁力耦合器，延時(shí)型和調(diào)速型的磁力耦合器等，已投入市場(chǎng)應(yīng)用。3）離合式，特點(diǎn)：由主、被動(dòng)磁盤(pán)和控制器聯(lián)合構(gòu)成，主動(dòng)磁盤(pán)同被動(dòng)磁盤(pán)呈現(xiàn)圓盤(pán)模式。開(kāi)發(fā)產(chǎn)品：永磁制動(dòng)器和永磁離合器。部分產(chǎn)品已投入市場(chǎng)使用。4）磁懸浮式，特點(diǎn)：分為圓周磁懸浮和直線導(dǎo)軌類(lèi)磁懸浮兩種。開(kāi)發(fā)產(chǎn)品：無(wú)軸承電動(dòng)機(jī)、磁力軸承以及磁懸浮導(dǎo)軌等，部分形成產(chǎn)品，部分正在研發(fā)。

2.磁力傳動(dòng)優(yōu)缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，組成構(gòu)件少，發(fā)生故障點(diǎn)很少，功能可靠性較高。2）功能相對(duì)較全，能夠?qū)崿F(xiàn)過(guò)載保護(hù)、輕載起動(dòng)、離合制動(dòng)和調(diào)速等眾多功能。3）能夠基本實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)間無(wú)摩擦傳動(dòng)，從而使用壽命相對(duì)較長(zhǎng)。4）能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)泄漏傳動(dòng)功能，適合在核電、化工及航天等領(lǐng)域使用。5）永磁磁力裝置的重量與體積相對(duì)很小。6）永磁磁力傳動(dòng)裝置不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。7）永磁磁力傳動(dòng)裝置的安裝調(diào)試十分便捷。缺點(diǎn)：1）永磁傳動(dòng)技術(shù)尚處于研發(fā)階段，除磁力閥門(mén)和磁力泵等比較成熟的產(chǎn)品之外，都處于待推廣和開(kāi)發(fā)階段，指導(dǎo)這種技術(shù)的用戶比較少，對(duì)該技術(shù)類(lèi)產(chǎn)品不敢輕易采用。2）對(duì)永磁材料的整體性能要求較高，當(dāng)材料受到溫度高于臨界程度時(shí)，材料出出現(xiàn)不同程度的退磁現(xiàn)象。所以磁力傳動(dòng)裝置在高溫下工作不適宜。永磁調(diào)速過(guò)程中存在渦流損失，同時(shí)也存在滑差損失，這就導(dǎo)致永磁裝置散熱較大，這就要求這種傳動(dòng)裝置的散熱性良好，否則無(wú)法解決高能熱量，就會(huì)引起輕微退磁現(xiàn)象。這成為永磁磁力傳動(dòng)裝置的一項(xiàng)重大缺陷。3）永磁材料通常是脆性較高的材料，如果轉(zhuǎn)速達(dá)到一定程度，在受離心力的影響下，脆性較高的永磁材料就會(huì)損壞，造成設(shè)備故障，這無(wú)疑限制了永磁裝置的使用范圍。4）為了保質(zhì)保量，轉(zhuǎn)子式的永磁傳動(dòng)裝置通常都采用高級(jí)永磁材料制造，這種材料性能相對(duì)提高，但造價(jià)成本高昂。渦流式的永磁傳動(dòng)裝置則在使用永磁材料外，同時(shí)使用一定其他貴金屬材料制作而成，成本相對(duì)較高。很難參與到普通傳動(dòng)裝置的競(jìng)爭(zhēng)當(dāng)中。5）對(duì)于永磁材料的處理，加工過(guò)程和裝配過(guò)程都顯得比較困難。6）永磁材料會(huì)隨著時(shí)間的推移而出現(xiàn)磁衰現(xiàn)象。

二、常見(jiàn)永磁傳動(dòng)裝置

1.磁力聯(lián)軸器。在輸送危險(xiǎn)性介質(zhì)時(shí)，化工泵存在泄漏可能。危險(xiǎn)介質(zhì)泄漏將會(huì)造成環(huán)境嚴(yán)重污染，同時(shí)損失了流失的工作介質(zhì)。如果在工作介質(zhì)當(dāng)中存在毒素或者其他有害物質(zhì)，則很可能造成重大安全事故。而解決介質(zhì)泄漏的關(guān)鍵技術(shù)就是對(duì)于密封性問(wèn)題的解決方案。密封部件間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的密封成為動(dòng)密封，反之為靜密封。靜密封通常密封效果理想，而動(dòng)密封效果則比較差，目前的動(dòng)密封設(shè)施都存在一定的磨損和泄漏危險(xiǎn)。而磁力聯(lián)軸器傳動(dòng)過(guò)程是通過(guò)永磁體的磁力性質(zhì)完成的，屬于無(wú)接觸式傳動(dòng)。在主動(dòng)軸與從動(dòng)軸之間，不存在柔性或剛性連接。這就使得磁力聯(lián)軸器的密封共組相對(duì)容易，并且密封效果相對(duì)突出。

2.永磁帶輪式傳動(dòng)。在普通的帶傳動(dòng)模式中，帶與帶輪間存在彈性滑動(dòng)，同時(shí)常會(huì)出現(xiàn)過(guò)載打滑現(xiàn)象。相對(duì)來(lái)說(shuō)傳動(dòng)不穩(wěn)定且效率低下。由于帶與帶輪間靠摩擦傳動(dòng)，很容易磨損帶，并且降低使用壽命。而永磁帶傳動(dòng)是基于磁學(xué)理論和摩擦傳動(dòng)學(xué)理論形成的新模式帶傳動(dòng)。這種方式利用永磁體產(chǎn)生的磁力閉合回路實(shí)現(xiàn)金屬帶的動(dòng)能傳遞。這種新型帶傳動(dòng)方式傳動(dòng)比范圍廣，彈性滑動(dòng)小、精準(zhǔn)度和傳動(dòng)效率高，并且使用壽命長(zhǎng)久耐用。

3.永磁軸承。傳統(tǒng)的滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承應(yīng)用在各種領(lǐng)域，但在高速旋轉(zhuǎn)的工作環(huán)境下，很容易造成軸承磨損。而永磁軸承的誕生解決了這一問(wèn)題。永磁軸承是基于磁感應(yīng)原理制成的無(wú)接觸式傳動(dòng)軸承。這種軸承通常只承受徑向力和軸向力，但不會(huì)增加磨損，所以使用壽命相對(duì)較高。同時(shí)由于無(wú)摩擦，所以無(wú)需使用潤(rùn)滑油，同時(shí)可作為高速旋轉(zhuǎn)軸承使用。

4.永磁齒輪傳動(dòng)與凸輪機(jī)構(gòu)。基于磁力理論基礎(chǔ)研發(fā)的永磁非接觸式齒輪傳動(dòng)解決了機(jī)械齒輪的噪聲和振動(dòng)等不良因素，同時(shí)提高了齒輪傳動(dòng)的可靠性。永磁齒輪沒(méi)有輪齒，而是由多個(gè)扇形永磁體成圓環(huán)狀排列組成。通過(guò)磁場(chǎng)的耦合來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩和力，實(shí)現(xiàn)齒輪動(dòng)力傳導(dǎo)。永磁齒輪傳動(dòng)缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩較低，同時(shí)易腐蝕。而基于相似原理產(chǎn)生的永磁凸輪結(jié)構(gòu)則在凸輪機(jī)構(gòu)領(lǐng)域取得了良好的效果。它具備無(wú)磨損、無(wú)噪聲和無(wú)振動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)易于加工，得到廣泛發(fā)展應(yīng)用。

三、永磁磁力傳動(dòng)的發(fā)展前景

永磁傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展起步較晚，同時(shí)發(fā)展時(shí)間相對(duì)較短，該技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中還存在一定的問(wèn)題。比如：永磁傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展較晚，很多性能不夠完善；永磁傳動(dòng)裝置制造相對(duì)困難，同時(shí)成本相對(duì)較高，性價(jià)比很低；永磁傳動(dòng)的很多設(shè)計(jì)目前仍處于理論研究程度，無(wú)法實(shí)現(xiàn)；永磁傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)缺乏有效的完善的設(shè)計(jì)方式，需要不斷實(shí)踐總結(jié)；磁路設(shè)計(jì)方面，永磁裝置中多體漸變技術(shù)尚未充分應(yīng)用；永磁磁場(chǎng)計(jì)算精度有待提高。隨著時(shí)代的發(fā)展，世界環(huán)境保護(hù)、能源節(jié)約備受關(guān)注。能夠有效提升能源利用率，開(kāi)發(fā)新能源，并且保護(hù)環(huán)境成為當(dāng)代科學(xué)研究的重點(diǎn)方向。永磁傳動(dòng)技術(shù)在節(jié)約能源和危險(xiǎn)介質(zhì)防泄漏、減少污染方面具有突出表現(xiàn)，必然適應(yīng)時(shí)代發(fā)展，取得更多的研究成果，廣泛應(yīng)用到各行各業(yè)。新型磁性材料的不斷涌現(xiàn)，高性能材料將大大提升永磁性能，在很多基于永磁原理而產(chǎn)生的科技中，必然成為一項(xiàng)光明前景的新科研內(nèi)容。

總結(jié)

永磁磁力傳動(dòng)技術(shù)這種耦合傳動(dòng)技術(shù)在經(jīng)過(guò)短短幾十年的發(fā)展之后，取得了十分可惜的成就，比如磁力聯(lián)軸器在防止磁力泵泄漏中的很重要作用。雖然目前永磁磁力傳動(dòng)技術(shù)仍然存在大量缺陷，但不妨礙磁力傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)光點(diǎn)。永磁磁力傳動(dòng)技術(shù)的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)在各個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)取得了一定的成果，未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，該技術(shù)必然隨著科學(xué)技術(shù)的飛速提升而取得更大的研究成果。永磁磁力傳動(dòng)技術(shù)前景一片坦途。

（作者單位：浙江巨化漢正新材料有限公司）